新型大肠杆菌是这样炼成的

  新华网 （ 2011-06-28 15:08:01 ） 来源： 国际先驱导报

 

    基因技术的出现，打破了天然物种屏障。当感染猪的病毒可以感染人类，当基因可以以“超级快的速度”在各种细菌物种之间跳转，各种新型的细菌就出现了

    《国际先驱导报》记者金微 特约撰稿陈一文发自北京 这是一个极具迷惑性的杀手，它披着大肠杆菌的“无害”外衣，却在德国使3000多人染病，因它死亡者接近40人。

　　以至于人们不自觉地就会将大肠杆菌和死亡联系起来。

这种致命的大肠杆菌

　　事实上，大肠杆菌在每种哺乳动物体内都存在，也是人类肠道菌群的正常组成部分。这种杆菌会在婴儿出生之后，随着哺乳进入人体的肠道中，而后，与人如影随形，相伴一生。

　　世卫组织资料显示，大肠杆菌通常是无害的。正常情况下，绝大多数大肠杆菌都非常安分守己，它们不但不会给我们的身体健康带来任何危害，反而还能竞争性抵御致病菌的进攻，与人体互利共生。

　　虽然绝大多数大肠杆菌与我们和平相处，但仍有一些特殊的大肠杆菌能致病，严重时会危及生命，肠出血性大肠杆菌就属于大肠杆菌中颇具“攻击性”的一类。肠出血性大肠杆菌是大肠杆菌的一个亚型，主要致病菌株为O157∶H7，可引起感染性腹泻，因能引起人类的出血性肠炎而得名。

    中国和德国研究人员联合研究证实，这次导致德国疫情的O104∶H4型大肠杆菌是血清型O104大肠杆菌与另一种大肠杆菌基因组合而成的新型肠出血性大肠杆菌。

　　新型的O104大肠杆菌会导致出血和严重的腹部绞痛，更为严重的病例中还会出现溶血-尿毒症综合征，破坏人体的血液细胞和肾脏。

　　中国医科大学附属盛京医院感染科副主任张琳介绍，这种肠出血性大肠杆菌进入人体后，会产生大量志贺样毒素，志贺样毒素是一种蛋白质毒素，有较强的致病性，能导致腹泻、出血性结肠炎和溶血性尿毒综合征。

　　英国社会科学协会主任、基因专家侯美婉在接受《国际先驱导报》采访时解释说，志贺氏菌痢疾杆菌中的志贺氏毒素基因，由噬菌体携带，将其插入了大肠杆菌染色体。

　　因此，这种新型的大肠杆菌可以说是具有双重毒性。

　　更为致命的是，这种新型大肠杆菌具有耐药性基因，研究人员已经发现，它至少对8种抗生素可能产生耐药性。

在各种细菌间跳转

　　这种耐药性的大肠杆菌，很容易让人联想起去年在印度、巴基斯坦一些国家爆发的“NDM-1超级细菌”，这种细菌也具有极强的耐药性。

　　这些细菌的出现，让学界有一个普遍观点，细菌正在不断进化和成熟，它们表现出了较强的耐药性则是多年来人们滥用抗生素的结果，无论大病小病都喜欢打抗生素，导致细菌在生存压力下产生耐药性。

　　以青霉素为例，本来，人类利用青霉素等抗生素是为了抑制有害细菌繁殖，不料物极必反，在大量抗生素诱导下，细菌发生了进化，产生了明显的抗药性，继续与人类为敌。

　　不过，在侯美婉看来，超级菌或新病原体的产生不能单纯地归结为抗生素的大量使用和滥用，她说：“有确凿的证据说明，基因水平转移是造成抗生素抗性迅速传播和毒性病原菌出现的原因。”

　　所谓基因水平转移，是指同种或不同种的生物个体之间的基因转移，往往需要通过病毒或其他作为基因携带者的传染因子，或者载体。当这些平移的基因通过这些载体进入细胞，就会同细胞中存在的其他基因发生重组，这些基因可能是细胞本身的，也可能是传染因子携带的，重组的结果即产生能致病的新组合。

　　去年，在印度、巴基斯坦及欧洲一些国家出现的“NDM-1超级细菌”，NDM-1基因中只有两类细菌寄居——大肠杆菌和克雷白氏肺炎菌。医学界当时担心，该基因会转移到另外的细菌中，这使得抗生素的耐药性将快速传播。

　　担心已成真，5月7日，《印度时报》根据对第一个报告NDM-1存在的、来自卡迪夫大学的英国科学家的访问发表了一篇文章，称科学家们发现，NDM-1基因一直以“超级快的速度”在各种细菌物种之间跳转，它拥有“毫不费力在各种物种之间跳转的特殊能力。”虽然在2006年最初探测到这种基因时，只在大肠杆菌中发现了它，但是现在科学家已经在20多种不同的细菌物种中发现了NDM-1。

“跨界传播”风险重重

　　侯美婉指出，一种细菌的基因，得以转移到另外一种细菌上，很大程度是从35年前基因工程技术运用以来加速的，“因为基因技术不断地促进基因平移和重组，导致新的病原体和耐药性的病菌产生。”

　　基因工程与基因平移有何联系？生物的正常繁殖是基因由亲本向子代垂直转移，但基因工程作为一种设计出来用于在物种之间进行基因水平转移的技术，而不是靠生物的杂交。

　　转基因技术的设计旨在打破物种屏障，不断地打破物种防御机制，这种防御机制在正常情况下可以造成外源基因降解或失活。天然载体则受到物种屏障的限制，比如说，猪的病毒不能侵染人，番茄病毒不能侵染花椰菜等。

　　但是，基因工程构建的人工载体，由于经过一定的设计，却能打破所有的物种屏障。遗传学家使用着人工载体往往由病毒和其他致病（包括癌症）的感染因子构成，能传播毒性基因和抗生素基因等。如大肠杆菌质粒载体和噬菌体载体就常常用于转基因技术中。

　　“由于大肠杆菌在基因工程中广泛使用，许多新的基因和基因组合被创造和放大，并在大肠杆菌中传播。” 候美婉说，德国爆发大肠杆菌的菌株就是通过基因平移而获得了多种抗生素耐药基因，使其对至少8种抗生素产生耐药性。

　　针对有德国机构称新型大肠杆菌系生化武器说法，候美婉并不这么认为，他认为这不是有意制造出来的，“但是，基因工程比有意创造的武器更为危险的多，因为释放到环境中的转基因DNA与RNA被细菌吸引住，与细菌的DNA与RNA交换从而创造了新的病原体。”

　　而业内人士认为，这才是最危险的。因为基因平移使得各个生物圈、生物界的物种同微生物群体连接起来，使得新型的病原细菌被激活并可以跨越动物植物界。

中国机构破解新病菌基因序列

    “本来是欧洲的危机，但中国却帮了大忙。世界发现，至少在一些重要领域，中国的科研机构不仅是有力的辅助者，还可以成为领军者。”

    《国际先驱导报》记者王攀、吴涛发自广州 回忆起一个月前接到的那通电话，覃俊杰说，来自7000公里之外的求救信息当时让他感到有些紧张。

　　他是中国生物信息学博士、华大基因研究院微生物基因组中心副主任。

　　5月下旬，在被神秘的超级大肠杆菌困扰了足足三个星期后，德国汉堡大学医学院决定向位于中国经济特区深圳的华大基因研究院求援，希望他们尽快完成该致病性大肠杆菌的DNA测序工作，从而帮助医学人员了解菌种的变异信息，以寻找病根。该疫情当时已经在欧洲范围内导致18人死亡，但医学人员束手无策。

戏剧性的合作

　　德国科研机构想到求助华大，也很有戏剧性。据《中国青年报》透露，当时，参与此次研究的德国汉堡－埃彭多夫大学医学院教授罗德正在为突如其来的疫情忙得焦头烂额时，他在餐厅里遇到了刚刚出差归来的中国博士后研究生杨亮。他给导师出了个主意：联系中国华大基因研究院做基因组测序，这家研究机构不仅是全球最大的基因排序和研究中心，而且刚刚上马了最新的测序平台。

　　“这么紧急的任务对我而言还是第一次。这就像一场战斗，速度是最重要的。”覃俊杰告诉记者。

　　“每个人都把这件事情作为第一优先级，常常会熬夜研究到第二天早上。”一位参与研究的人员介绍说，“这件事情很重要，一刻也不能耽搁。”

　　3天之后，覃俊杰所在的4人团队通过互联网向全球公布，德国暴发的肠出血性大肠杆菌重大疫情是由一种“新型的、具有超级毒性的大肠杆菌”引起的，他们也因此在众多正在进行同类研究的机构中脱颖而出，成为世界上第一个取得研究成果并把基因序列公布在网上的科研团队。

　　随后，他们不断更新科研成果，并在第一时间向全球发布全部数据信息。6月7日，在公布了第三版的含有最新测序数据的大肠杆菌基因组完成图谱后，该研究院说，他们与其合作研究小组已研制出该大肠杆菌的诊断试剂盒，并向全球无偿提供。

主动公开数据

　　人们除了登录华大基因网站下载数据外，还可以通过Twitter、Facebook获得必须的信息。华大基因新闻发言人杨碧澄说，第三版数据发布三天后，数据库已经记录到全球范围内的600多次登录和下载，而此前公布的病毒检测方案在一天时间内就被点击上千次，“这创下了迄今为止我们发布的数据在这么短的时间内被点击及下载的记录。”

　　负责华大基因国际合作联络工作的英国人斯哥特·埃德蒙说，这种及时公布数据的做法可以算作一个创举：“一般情况下，研究机构和科学家偏爱对公布原始数据采取保守态度，但我们愿意让世界尽快分享到我们的成果。这就好比将困难的科研工作变成了开放式的广场活动，而且每个人都可以在这个广场上留言。这种科学上的互动是史无前例的。”

　　而所有的一切，都是免费的。

　　“本来是欧洲的危机，但中国却帮了大忙。世界发现，至少在一些重要领域，中国的科研机构不仅是有力的辅助者，还可以成为领军者。”斯哥特说。

　　覃俊杰说，在他看来，人们完全可以基于中国在基因测序领域强大的数据提供能力，为全球每一次重大突发疫情中发现的未知病毒和病菌建立详尽的基因图谱数据库，从而为病情诊断、疫情监测和污染源调查提供支持，这类数据库的建立将是全球生物学前沿研究的重大进展。

    《国际先驱导报》法律声明：本报记者及特约撰稿人授权本报声明：本报所刊其撰写的稿件和提供的图片，未经本报许可，不得转载、摘编（有需转载者请致电至010—63073377或发邮件至ihl-market@vip.sina.com）